MicroRNA-21在結直腸腺瘤癌變中的研究進展

余杉杉 綜述 南 瓊 審校

臨床上絕大多數結直腸癌患者被診斷為腺癌，由腺瘤發展而來，其診斷主要依賴結腸鏡，但因其存在侵入性、費用問題等局限性難以廣泛開展。因此尋找識別腺瘤-癌序列演變危險程度的無創生物標志物，篩查無癥狀可疑患者，對結直腸癌預防具有重要價值。

MiRNAs是具有高度保守序列的內源性非編碼單鏈RNA分子，由于其結構短，易于降解，在改善不同類型腫瘤的管理和早期檢測方面顯示出巨大前景[1]，其中miR-21是潛在癌基因，與腫瘤的發生、發展整個過程都緊密聯系[2]。miR-21可能參與結直腸腺瘤癌變整個過程，有望成為早期篩查大腸癌及其癌前病變的生物標志物。因此本文將對此作一綜述。

1 結直腸腺瘤-癌進展過程

結直腸癌是全球第三大常見癌癥和第二大癌癥死亡原因[3]，然而在過去的40年以來，美國50歲以上的人口中，結直腸癌的發病率和死亡率下降高達50%以上，是唯一發病率大幅下降的國家，而這都歸功于對癌前息肉的有效篩查[4]。絕大多數結直腸癌病例最終被診斷為腺癌，由良性大腸腺瘤發展而來(腺瘤-癌序列)，這一觀點目前已得到病理學、分子遺傳學及細胞生物學研究的廣泛認同[5]。腺瘤性息肉按其組織學形態可分為管狀腺瘤、絨毛狀腺瘤和管狀-絨毛狀腺瘤，其中絨毛狀腺瘤的癌變率最高，為25%～40%；最低的為管狀腺瘤，為3%～8.5%，管狀-絨毛狀腺瘤癌變率為11.9%～2 2.5%，介于兩者之間[6]。因此尋找識別腺瘤及其癌變危險程度的無創生物標志物，篩查無癥狀可疑患者，幫助合理安排結腸鏡檢查，能有效預防結直腸癌發生。

2 miR-21在結直腸腺瘤及結直腸癌中的作用

2.1 miR-21在結直腸癌中的作用

遺傳干擾是大腸癌發生的主要促因，而表觀遺傳干擾(如各種miRNAs表達水平的改變)的重要性也被證明是大腸癌發生和發展的主要驅動因素。MiR-21在結直腸癌中的作用已被廣泛研究，研究發現與其作用于磷酸酶和張力蛋白同源物(PTEN)[7]、程序性細胞死亡4(PDCD4)[8]、DNA甲基化羥化酶(TET1)[9]等靶點密切相關。PTEN是一個具有雙重特異性磷酸酶活性的抑癌基因，對Pl3K/AKT信號通路、 MAPK信號通路、FAK/p130cas信號通路的調節起關鍵作用[10]。Wu等[7]研究發現miR-21通過降低PTEN蛋白水平，進而上調Akt磷酸化，促進大腸癌細胞增殖和周期進程，抑制細胞凋亡，增強大腸癌細胞的侵襲能力。PDCD4是位于人類染色體10q25.2上的抑癌基因，miR-21通過靶向PDCD4的3'-UTR,通過翻譯抑制下調PDCD4的表達，激活MAP4K1 / c-Jun / AP1和PI3K / Akt / mTOR通路，從而促進大腸癌的侵襲和轉移[8]。TET1是雙加氧酶家族的一員，在HCT15和HT29細胞中發現miR-21通過靶向3'UTR對TET1進行負性調節，TET1的下調導致WNT途徑激活進而促進結直腸癌細胞的增殖[9]。Mima等[11]收集538例直腸和結腸癌病例，通過定量逆轉錄PCR測定法測量了腫瘤miR-21的表達，通過組織微陣列免疫組織化學和計算機輔助圖像分析確定腫瘤組織中CD3(+)，CD8(+),CD45RO(PTPRC)(+)和FOXP3(+)細胞的密度,進行順序邏輯回歸分析，以評估miR-21表達與T細胞密度的關聯，發現腫瘤miR-21表達與CD3(+)和CD45RO(+)細胞密度成反比，認為miR-21抑制抗腫瘤T細胞介導的免疫，促進結直腸癌的發生發展。綜上所述，miR-21與結直腸癌密切相關。

2.2 miR-21在結直腸腺瘤癌變中的作用

一項研究通過微陣列分析正常結直腸組織、腺瘤組織以及癌組織中的miRNAs表達，發現miR-135B-5p、miR-18a-5p和miR-29b-3p從正常到腺瘤再到結直腸癌的發展過程中持續上調[12]。因此miRNAs在結直腸腺瘤及CRC患者組織中都存在表達差異，而且可能是結直腸腺瘤-癌發展過程中的特異指標，有潛力成為監測腺瘤發生及其癌變的生物標志物。

Yamamichi等[13]采用原位雜交(ISH)分析了大腸癌發展不同階段的miR-21表達，發現在癌前腺瘤中檢測到miR-21表達顯著增加并且從癌前腺瘤向晚期癌的過渡期間，miR-21表達的頻率和程度呈階梯式增加。因此miR-21可能在腺瘤發生階段已經發揮作用并且參與其CRC發展的整個過程。Saheb等[14]通過生物信息學方法將ABCB1，HPGD，BCL2，TIAM1，TLR3和PDCD4確定為結直腸腺瘤和腺癌中mir-21的共同靶標，通過比較miR-21靶基因在正常大腸黏膜向腺瘤和癌轉變過程中的表達變化，得出miR-21對PDCD4等基因靶點的調節始于腺瘤的早期階段，與正常組織相比，這些基因靶點被發現顯著變化并且從腺瘤到癌的不同階段的轉變過程中一直持續。然而，目前為止僅對BCL2，TIAM1以及PDCD4在結直腸癌發生發展中的作用有一定了解。

研究發現Bcl-2基因可通過復雜的調控機制抑制細胞凋亡，作為原癌基因參與癌癥的發生發展，但當其過表達時可以抑制腸組織正常細胞的凋亡,打破細胞增殖與凋亡的平衡,促進癌變發生，可能參與CRC的整個發生發展過程[15]。TIAM1在細胞質和細胞核的摧滅復合物中，通過兩個部分的不同機制拮抗TAZ / YAP。 在細胞質中，通過增強TAZ與βTrCP的相互作用來促進TAZ降解；在細胞核中TIAM1抑制TAZ/YAP與TEADs的相互作用，抑制TAZ/YAP靶基因在上皮-間充質轉化、細胞遷移和侵襲中的表達，從而抑制CRC細胞遷移和侵襲。因此TIAM1鑒定為CRC進展的關鍵拮抗劑[16]。當其受到miR-21抑制時將會促進CRC進展。Haas等[17]研究了PDCD4在端粒酶永生化的人類上皮細胞系中的功能，顯示PDCD4是G1/S過渡所必需的，證明了它在細胞周期中的關鍵作用。 對p53依賴性激活的抑制超過了對G1/S過渡的PDCD4的要求，這表明PDCD4抵消了基礎p53活性，以防止p53對G1/S檢查點的激活，轉錄組和核糖體圖譜數據顯示，PDCD4的沉默改變了許多mRNA的表達水平和翻譯， 確定PDCD4是沉默時被抑制的細胞周期和DNA相關功能的關鍵調節劑，這表明PDCD4的表達降低可能會通過損害基因組完整性來促進腫瘤的發生發展。Fassan等[18]評估了300個結腸黏膜息肉狀病變(增生性息肉、鋸齒狀腺瘤、低級別上皮內瘤變腺瘤、高級別上皮內瘤變性腺瘤)和結腸腺癌(CRC)及正常對照者的組織樣本的PDCD4免疫組織化學表達，并通過定量實時聚合酶鏈反應(PCR)進一步研究了不同系列的正常組、低級別上皮內瘤變腺瘤，低級別上皮內瘤變腺瘤和CRC組織等樣本PDCD4信使RNA(mRNA)的水平，還通過定量實時PCR和原位雜交確定了miR-21表達，結果顯示正常的結腸細胞和增生性息肉組表現出較強的PDCD4核免疫染色，而在發育異常(低級和高級腺瘤和鋸齒狀腺瘤)和浸潤性CRC中觀察到PDCD4核表達顯著降低。隨著結腸癌發生過程中發生的表型變化逐漸增加，PDCD4免疫染色和mRNA水平顯著降低，并且在腫瘤前和腫瘤樣品中miR-21表達呈階梯式顯著上調，與PDCD4下調一致。因此從腺瘤早期階段開始PDCD4受miR-21調控表達量下降，進而促進腫瘤的發生。總而言之，在腺瘤早期階段上調的miR-21通過調節BCL2，TIAM1以及PDCD4等表達促進腺瘤-癌轉變。

3 血清miR-21在結直腸腺瘤及癌變中診斷價值

結直腸腺瘤篩查是降低結直腸癌發病率的有效措施，但目前對結直腸腺瘤的篩查仍主要依靠結腸鏡檢查，但因其為侵入性檢查，易引起患者不適，同時還需要復雜的腸道準備，存在麻醉意外、出血、穿孔等風險，并不是每個患者都能按要求定期隨訪，僅有極少數國家直接采用結腸鏡檢查作為篩查手段。因此急需尋找一種簡便有效的生物標志物，篩查出優先需要行結腸鏡檢查的患者，合理安排結腸鏡檢查對降低CRC的發病率具有重要價值。

miR-21作為研究最多和最廣泛的一種miRNAs，具有高度的有效性，已被證明作為早期檢測大腸癌的生物標志物具有巨大的診斷潛力[19]。Ghareib等[20]研究發現患者和正常對照組的血清miR-21表達水平分別為3.4和1.25,其敏感性和特異性分別為95.8%和91.7%,并且其表達水平與局部復發率、TNM分期、PT分期、靜脈浸潤、肝轉移和復發呈正相關,結果表明血清miR-21表達水平可作為CRC患者早期檢測和預后的新型非侵入性生物標志物。Peng等[21]通過對miR-21的診斷性薈萃分析也認為血清miR-21適合作為結直腸癌診斷性生物標志物。Liu等[22]檢測了200例CRC患者、50例晚期腺瘤患者和80例健康人的血清樣品中miR-21的水平，通過實時定量聚合酶鏈反應(RT-PCR)進行控制，發現CRC和晚期腺瘤患者中miR-21的水平顯著高于健康對照者，認為MiR-21血清水平具有篩查腺瘤及CRC的潛在價值。Sabry等[23]為了確定血清miR-210、miR-21和miR-126水平是否對腺癌和腺瘤具有診斷價值，采用ROC曲線分析其診斷敏感性和特異性,結果顯示：miR-210、miR-21和miR-126與對照組相比，其AUC分別為0.934、0.973和0.665，并且當miR-21的臨界值為0.333時，其敏感性和特異性分別為91.4%和95.0%，進一步證實血清miR-21是腺瘤及結直腸癌早期篩查的可靠指標，在腺瘤及其癌變過程中也顯示出巨大的診斷價值。

綜上所述，miR-21在結直腸腺瘤癌變過程中發揮著至關重要的作用，血清中的miR-21檢測可能成為腺瘤及大腸癌早期篩查生物標志物，反映腺瘤癌變及惡化過程，對于篩選腺瘤患者及時安排腸鏡檢查及內鏡下腺瘤切除、有效降低大腸癌的發病率極為重要，其對于大腸癌的治療指導及預后判斷也尤為重要。近年來比色法[24]、電化學發光生物傳感器[25]等具有更高的靈敏性和準確性的miR-21檢測技術的出現，為早日實現miR-21的臨床檢測提供了可能。然而還需要更多的實驗來驗證血清中miR-21對于腺瘤篩查及其癌變可能性預測的準確性，以期早日實現無創篩查腺瘤及早期結直腸癌，有效降低大腸癌的發病率和死亡率。